JP2005109403A - Method for manufacturing laser module - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザ素子を容器内に設置して気密封止するレーザモジュールの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a laser module in which a semiconductor laser element is installed in a container and hermetically sealed.
従来、半導体レーザ素子、コリメータレンズ、集光レンズ、および光ファイバ等が密閉容器に封止されてなるレーザモジュールが知られている。この種のレーザモジュールにおいては、密閉容器内に残存する汚染物質が半導体レーザ素子の出射端面、レンズおよび光ファイバ等の光学部品に付着して、レーザ特性を劣化させるという問題が認められている。上記の汚染物質としては、製造工程の雰囲気中から混入する炭化水素化合物が挙げられ、この炭化水素化合物が、レーザ光により重合あるいは分解されて付着することが知られている。 Conventionally, a laser module in which a semiconductor laser element, a collimator lens, a condenser lens, an optical fiber, and the like are sealed in an airtight container is known. In this type of laser module, a problem has been recognized that contaminants remaining in the hermetically sealed container adhere to optical components such as the emission end face of the semiconductor laser element, lenses, and optical fibers, thereby degrading laser characteristics. Examples of the pollutants include hydrocarbon compounds mixed in from the atmosphere of the manufacturing process, and it is known that the hydrocarbon compounds are polymerized or decomposed by laser light and adhered.
この問題を解決するために、以下に示すように種々の方法が提案されている。例えば特許文献1には、波長400nm以下のレーザ光の出力低下を防止するためには容器内の炭化水素量を0.1%以下にすることが効果的であり、これにより炭化水素の光分解による光学部品等への堆積を防止できることが記載されている。また、封止雰囲気をドライエアとすることも提案されており、雰囲気中の酸素と堆積した炭化水素との光化学反応によって、堆積物を除去する効果が期待されている。
In order to solve this problem, various methods have been proposed as described below. For example, in
また、特許文献2においては、炭化水素等の有機ガスの光分解による半導体レーザ素子端面への汚染物物質の付着を防止するため、このガスを分解することを目的とした酸素を100ppm以上封止ガスに混入させることが記載されている。
Further, in
また特許文献3には、油分等の汚染物質を脱脂および洗浄して除去することにより、長期信頼性の確保が可能であることが記載されている。 Patent Document 3 describes that long-term reliability can be ensured by degreasing and washing away contaminants such as oil.
一方特許文献4には、発振波長が350〜450nmのGaN系半導体レーザ素子を用いたレーザモジュールが提案されているが、この種のレーザモジュールにおいては、短波長のレーザ光はエネルギーが高いことから、モジュール内に存在する炭化水素が重合あるいは分解したものが、半導体レーザ素子の端面あるいは光学部品等に付着する確率が高く、特に問題となっている。
レーザ光と炭化水素との反応により生成される炭化水素系堆積物は、上記特許文献2に示されるように、一定量以上の酸素を含んだガス雰囲気中ではCO2とH2Oとに分解されることにより解消される。
The hydrocarbon-based deposit generated by the reaction between the laser beam and the hydrocarbon is decomposed into CO 2 and H 2 O in a gas atmosphere containing a certain amount or more of oxygen as shown in
しかしながら、この種の堆積物は炭化水素だけでなく、ケイ素化合物の存在が確認されており、酸素を雰囲気中に含有させるだけではケイ素化合物を分解除去することが出来ないことが解っている。炭化水素およびケイ素化合物の堆積物は、光学的な吸収を発生させるため、連続発振における経時信頼性を著しく損なうという問題がある。堆積するケイ素化合物は、シロキサン結合(Si−O−Si)、シラノ−ル基(−Si−OH)等のSiを含有した有機化合物ガス(以下有機ケイ素化合物と記す)とレーザ光との光化学反応により発生し、しかも雰囲気中の酸素の存在がその反応速度を大きくする効果がある。ここで言うケイ素化合物とは、有機、無機を問わずケイ素を含むあらゆる構造を有しているものを示し、無機SiOx、有機ケイ素化合物を含むものである。 However, in this type of deposit, not only hydrocarbons but also silicon compounds have been confirmed, and it has been found that the silicon compounds cannot be decomposed and removed only by containing oxygen in the atmosphere. Since the deposits of hydrocarbons and silicon compounds generate optical absorption, there is a problem that reliability over time in continuous oscillation is significantly impaired. The silicon compound to be deposited is a photochemical reaction between an organic compound gas containing Si such as a siloxane bond (Si—O—Si) or a silanol group (—Si—OH) (hereinafter referred to as an organosilicon compound) and laser light. And the presence of oxygen in the atmosphere has the effect of increasing the reaction rate. The term “silicon compound” as used herein refers to a compound having any structure including silicon, regardless of organic or inorganic, and includes inorganic SiOx and organic silicon compounds.
発生源としては、主としてレーザモジュール製造工程の任意の場所に使用されているシリコーン系材料から発せられるガスである。これがレーザモジュール内の各部品表面に付着している場合があり、また、モジュールを封止して使用する場合は、その封止ガス中に微量含まれる。これらの製造過程中のガス成分を管理するには通常のクリーンルームや封止ガス精製機の設置では完全に除去することが出来ず、多大な設備投資が必要となる。また、特許文献3に開示されているような油分等の脱脂あるいは洗浄工程を通しても、上記のような製造過程雰囲気からの上記化合物の混入は避けることが出来ない。洗浄には液体有機物を使用する関係上、その乾燥工程における不純物の管理が必要である。さらに容器内に半導体レーザ素子、光学部材等を固定する際に用いる接着剤を溶解させない洗浄剤を選定する必要があり、部品表面に付着する有機物質の洗浄能力の維持と相矛盾する場合が多い。 The generation source is a gas emitted mainly from a silicone-based material used in an arbitrary place in the laser module manufacturing process. This may be adhered to the surface of each component in the laser module, and when the module is used in a sealed state, it is contained in a small amount in the sealing gas. In order to manage the gas components during the manufacturing process, it cannot be completely removed by installing a normal clean room or a sealed gas purifier, and a large capital investment is required. Further, even when the oil component or the like is degreased or washed as disclosed in Patent Document 3, it is unavoidable that the compound is mixed from the manufacturing process atmosphere. Since cleaning uses liquid organic substances, it is necessary to manage impurities in the drying process. In addition, it is necessary to select a cleaning agent that does not dissolve the adhesive used to fix the semiconductor laser element, optical member, etc. in the container, and this often contradicts the maintenance of the cleaning ability of organic substances adhering to the component surface. .
レーザモジュール内の部品に付着する炭化水素化合物およびケイ素化合物等は、200℃以上望ましくは300℃以上の温度での加熱処理による分解蒸発により除去が可能である。しかし、加熱処理は数〜数十時間にわたる処理時間が必要であるとともに、モジュール内部品を有機系接着剤により固定する場合、接着剤の熱劣化による機械特性が劣化するため、この方法を用いることが出来ない。 Hydrocarbon compounds, silicon compounds and the like adhering to the components in the laser module can be removed by decomposition and evaporation by heat treatment at a temperature of 200 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher. However, heat treatment requires several to several tens of hours of processing time, and when fixing the components in the module with an organic adhesive, the mechanical properties due to the thermal deterioration of the adhesive deteriorate, so this method should be used. I can't.
本発明は上記事情に鑑みて、容器内に半導体レーザ素子を配置し気密封止してなるレーザモジュールを、容器内の汚染物質が良好に除去された信頼性の高いものとして製造可能な方法を提供することを目的する。 In view of the above circumstances, the present invention provides a method capable of manufacturing a laser module in which a semiconductor laser element is disposed and hermetically sealed in a container as a highly reliable product from which contaminants in the container are well removed. The purpose is to provide.
本発明による第1のレーザモジュールの製造方法は、容器内に半導体レーザ素子を設置して気密封止するレーザモジュールの製造方法であって、
前記容器内の少なくとも一つの光学部品とそれを固定する固定部材との間に、エポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物、オキセタニル基を有する化合物、および、触媒量のオニウム塩光反応開始剤を含有する接着性組成物を挿入した後、活性エネルギー線により硬化させることにより前記光学部品を前記固定部材に固定するとともに、
前記容器を気密封止する前に、少なくとも前記容器内および半導体レーザ素子にプラズマを照射することを特徴とするものである。
A first laser module manufacturing method according to the present invention is a laser module manufacturing method in which a semiconductor laser element is installed in a container and hermetically sealed,
An alicyclic epoxy compound having an epoxy group, a compound having an oxetanyl group, and a catalytic amount of an onium salt photoinitiator are contained between at least one optical component in the container and a fixing member for fixing the optical component. After inserting the adhesive composition to be fixed, the optical component is fixed to the fixing member by curing with an active energy ray,
Before the container is hermetically sealed, at least the inside of the container and the semiconductor laser element are irradiated with plasma.
また、本発明による第2のレーザモジュールの製造方法は、容器内に、半導体レーザ素子と、光ファイバと、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を該光ファイバに入力するための光学部材とを設置して気密封止するレーザモジュールの製造方法であって、
前記容器内の少なくとも一つの光学部品とそれを固定する固定部材との間に、エポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物、オキセタニル基を有する化合物、および、触媒量のオニウム塩光反応開始剤を含有する接着性組成物を挿入した後、活性エネルギー線により硬化させることにより前記光学部品を前記固定部材に固定するとともに、
前記容器を気密封止する前に、少なくとも前記容器内、半導体レーザ素子、光ファイバおよび光学部材にプラズマを照射することを特徴とするものである。
A second laser module manufacturing method according to the present invention includes a semiconductor laser element, an optical fiber, and an optical member for inputting laser light emitted from the semiconductor laser element into the optical fiber. Is a method of manufacturing a laser module for hermetically sealing
An alicyclic epoxy compound having an epoxy group, a compound having an oxetanyl group, and a catalytic amount of an onium salt photoinitiator are contained between at least one optical component in the container and a fixing member that fixes the optical component. After inserting the adhesive composition to be fixed, the optical component is fixed to the fixing member by curing with an active energy ray,
Before the container is hermetically sealed, at least the inside of the container, the semiconductor laser element, the optical fiber, and the optical member are irradiated with plasma.
なお、上記本発明による第1および第2のレーザモジュールの製造方法において、光学部品とそれを固定する固定部材との間に挿入する接着性組成物は、接着厚さが0.05μm以上5μm以下となるように挿入することが望ましい。 In the first and second laser module manufacturing methods according to the present invention, the adhesive composition inserted between the optical component and the fixing member for fixing the optical component has an adhesive thickness of 0.05 μm or more and 5 μm or less. It is desirable to insert so that
また上記容器内に封入するガスは、不活性ガス、窒素および酸素の少なくとも1つであることが望ましい。 Moreover, it is desirable that the gas sealed in the container is at least one of an inert gas, nitrogen, and oxygen.
また前記半導体レーザ素子の発振波長は、450nm以下であることが望ましい。 The oscillation wavelength of the semiconductor laser element is preferably 450 nm or less.
なお、プラズマ照射は上記の通り「気密封止する前に」行うが、容器内に半導体レーザ素子等を設置した後、すなわち容器内に各部品が設置されている状態で行ってもよく、あるいは設置する前の部品の状態で行ってもよい。またさらに、部品の状態でプラズマ照射し、さらに容器内に部品を設置した後にプラズマ照射してもよい。 The plasma irradiation is performed “before airtight sealing” as described above, but may be performed after the semiconductor laser element or the like is installed in the container, that is, in a state where each component is installed in the container, or You may carry out in the state of the parts before installing. Further, plasma irradiation may be performed in the state of the component, and plasma irradiation may be performed after the component is installed in the container.
一方、前記接着性組成物は、シランカップリング剤を含有するものであることが望ましい。 On the other hand, it is preferable that the adhesive composition contains a silane coupling agent.
また上記接着性組成物は、0.1μm以上1.0μm以下の平均直径を有する球状シリカ粒子を含有するものであることが望ましい。 The adhesive composition preferably contains spherical silica particles having an average diameter of 0.1 μm or more and 1.0 μm or less.
また、前記固定部材は金属製部材からなるものであり、前記光学部品は無機透明部材からなるものであることが望ましい。 The fixing member is preferably made of a metal member, and the optical component is preferably made of an inorganic transparent member.
一方、前記オキセタニル基を有する化合物は、下記一般式(1)で表されるものであることが望ましい。
式(1)中R1はメチル基またはエチル基を示し、R2は炭素数6ないし12の炭化水素基を示す。 In the formula (1), R 1 represents a methyl group or an ethyl group, and R 2 represents a hydrocarbon group having 6 to 12 carbon atoms.
さらに前記接着性組成物としては、室温における粘度が10mPa・s 以上1,000mPa・s 以下であって、被着体との接触角が40度以下であるものを用いるのが望ましい。 Furthermore, it is desirable to use an adhesive composition having a viscosity at room temperature of 10 mPa · s to 1,000 mPa · s and a contact angle with the adherend of 40 ° or less.
なお、本発明において用いられる上記接着性組成物については、特開2001-177166号公報にも記載がなされているが、以下、詳しく説明する。 The adhesive composition used in the present invention is also described in JP-A-2001-177166, but will be described in detail below.
この接着性組成物は、エポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物、オキセタニル基を有する化合物、および、触媒量のオニウム塩光反応開始剤を必須成分として含有する。これらの化合物および開始剤はいずれも1種類でも、2種以上の混合物でも良い。 This adhesive composition contains an alicyclic epoxy compound having an epoxy group, a compound having an oxetanyl group, and a catalytic amount of an onium salt photoinitiator as essential components. These compounds and initiators may be either one kind or a mixture of two or more kinds.
また本発明には、1分子内に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物が使用できるが、このエポキシ化合物としては、1分子内に2個以上のエポキシ基を有し脂環式構造を有しないグリシジル化合物よりも、1分子内に2個以上のエポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物が好ましく用いられる。「エポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物」とは、シクロペンテン基、シクロヘキセン基等のシクロアルケン環の二重結合を過酸化水素、過酸等の適当な酸化剤でエポキシ化した部分構造を1分子内に2個以上有する化合物を言う。本発明のエポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物としては、シクロヘキセンオキシド基またはシクロペンテンオキシド基を1分子内に2個以上有する化合物が好ましい。このような脂環式エポキシ化合物の具体例としては、4−ビニルシクロヘキセンジオキサイド、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチル−3,4−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、ジ(3,4−エポキシシクロヘキシル)アジペート、ジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテル、ジ(2,3−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、ジシクロペンタジエンジオキサイド、が挙げられる。エポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物は1種類を使用しても、2種以上の混合物を使用しても良い。種々の脂環式エポキシ化合物が市販されており、ユニオンカーバイド日本(株)、ダイセル化学工業(株)等から入手できる。 In the present invention, an epoxy compound having two or more epoxy groups in one molecule can be used. As the epoxy compound, two or more epoxy groups in one molecule and an alicyclic structure are provided. An alicyclic epoxy compound having two or more epoxy groups in one molecule is preferably used rather than a glycidyl compound that does not. “A cycloaliphatic epoxy compound having an epoxy group” means one molecule of a partial structure obtained by epoxidizing a cycloalkene ring double bond such as a cyclopentene group or a cyclohexene group with an appropriate oxidizing agent such as hydrogen peroxide or peracid. A compound having two or more in it. The alicyclic epoxy compound having an epoxy group of the present invention is preferably a compound having two or more cyclohexene oxide groups or cyclopentene oxide groups in one molecule. Specific examples of such alicyclic epoxy compounds include 4-vinylcyclohexylene dioxide, (3,4-epoxycyclohexyl) methyl-3,4-epoxycyclohexylcarboxylate, di (3,4-epoxycyclohexyl) adipate. , Di (3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, bis (2,3-epoxycyclopentyl) ether, di (2,3-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl) adipate, and dicyclopentadiene dioxide. One type of alicyclic epoxy compound having an epoxy group may be used, or a mixture of two or more types may be used. Various alicyclic epoxy compounds are commercially available and can be obtained from Union Carbide Japan Co., Ltd., Daicel Chemical Industries, Ltd., and the like.
また、1分子内に2個以上のエポキシ基を有し脂環式構造を有しないグリシジル化合物を前記脂環式エポキシ化合物とほぼ等重量以下併用することもできる。このようなグリシジル化合物としては、グリシジルエーテル化合物やグリシジルエステル化合物を挙げることができるが、グリシジルエーテル化合物を併用することが好ましい。グリシジルエーテル化合物の具体例を挙げると、1,3−ビス(2,3−エポキシプロピロキシ)ベンゼン、ビスフェーノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポシキ樹脂、フェノール・ノボラック型エポキシ樹脂、クレゾール・ノボラック型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂等の芳香族グリシジルエーテル化合物、1,4−ブタンジオールグリシジルエーテル、グリセロールトリグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリトリグリシジルエーテル等の脂肪族グリシジルエーテル化合物が挙げられる。グシシジルエステルとしては、リノレン酸ダイマーのグリシジルエステルを挙げることができる。脂環式エポキシ化合物に併用するグリシジル化合物は、1種類でも良く、または2種以上を混合使用しても良い。グリシジルエーテル類は油化シェルエポキシ(株)等から市販品を入手できる。 Further, a glycidyl compound having two or more epoxy groups in one molecule and having no alicyclic structure can be used in combination with the alicyclic epoxy compound in an amount of substantially equal to or less than the same weight. Examples of such glycidyl compounds include glycidyl ether compounds and glycidyl ester compounds, but it is preferable to use glycidyl ether compounds in combination. Specific examples of the glycidyl ether compound include 1,3-bis (2,3-epoxypropyloxy) benzene, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac. Glycidyl ether compounds such as epoxy resins, trisphenolmethane epoxy resins, aliphatic glycidyl ethers such as 1,4-butanediol glycidyl ether, glycerol triglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, and trimethylolpropane tritriglycidyl ether Compounds. Examples of the glycidyl ester include glycidyl ester of linolenic acid dimer. The glycidyl compound used in combination with the alicyclic epoxy compound may be one kind or a mixture of two or more kinds. Glycidyl ethers are commercially available from Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.
また、前記オキセタニル基を有する化合物(以下、単に「オキセタン化合物」ともいう。)は、1分子中にオキセタニル基を1個以上有する化合物である。このオキセタニル基含有化合物は、1分子中に1個のオキセタニル基を有する化合物と、1分子中に2個以上のオキセタニル基を有する化合物に大別される。 The compound having an oxetanyl group (hereinafter also simply referred to as “oxetane compound”) is a compound having one or more oxetanyl groups in one molecule. This oxetanyl group-containing compound is roughly classified into a compound having one oxetanyl group in one molecule and a compound having two or more oxetanyl groups in one molecule.
1分子中に1個のオキセタニル基を有する単官能オキセタン化合物としては、以下の一般式(1)で表される化合物が好ましい。
式(1)中R1はメチル基またはエチル基を示し、R2は炭素数6ないし12の炭化水素基を示す。R2の炭化水素基としては、フェニル基やベンジル基も採りうるが、炭素数6ないし8のアルキル基が好ましく、2−エチルへキシル基等の分岐アルキル基が特に好ましい。R2がフェニル基であるオキセタン化合物の例は、特開平11-140279号公報に記載されている。R2が置換されていても良い、ベンジル基であるオキセタン化合物の例は、特開平6-16804号公報に記載されている。R1がエチル基であり、R2が2−エチルへキシル基であるオキセタン化合物は、優れた希釈剤、硬化促進剤、柔軟性付与剤、および表面張力低下剤として本発明に好ましく使用される。 In the formula (1), R 1 represents a methyl group or an ethyl group, and R 2 represents a hydrocarbon group having 6 to 12 carbon atoms. The hydrocarbon group for R 2 may be a phenyl group or a benzyl group, but is preferably an alkyl group having 6 to 8 carbon atoms, particularly preferably a branched alkyl group such as a 2-ethylhexyl group. Examples of oxetane compounds in which R 2 is a phenyl group are described in JP-A-11-140279. An example of an oxetane compound which is a benzyl group in which R 2 may be substituted is described in JP-A-6-16804. The oxetane compound in which R 1 is an ethyl group and R 2 is a 2-ethylhexyl group is preferably used in the present invention as an excellent diluent, curing accelerator, flexibility imparting agent, and surface tension reducing agent. .
本発明においては、1分子中に2個以上のオキセタニル基を有する多官能オキセタン化合物が使用できるが、好ましい化合物群は、下記の一般式(2)で表される。
式(2)中、mは2、3または4の自然数を示し、Zは酸素原子、硫黄原子、またはセレン原子を表す。R3は水素原子、フッ素原子、炭素数が1ないし6の直鎖もしくは分岐状のアルキル基、炭素数が1ないし6のフルオロアルキル、アリル基、フェニル基またはフリル基である。R4は、m価の連結基であり、炭素数が1ないし20の基であることが好ましく、1個以上の酸素原子、硫黄原子を含んでいても良い。Zは酸素原子が好ましく、R3はエチル基が好ましく、mは2が好ましく、R4としては、炭素数が1ないし16の線形または分岐アルキレン基、線形または分岐ポリ(アルキレンオキシ)基が好ましく、R3、R4、Z、およびmに対する好ましい例の内から任意の2つ以上を組み合わせた化合物はさらに好ましい。 In formula (2), m represents a natural number of 2, 3 or 4, and Z represents an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom. R 3 is a hydrogen atom, a fluorine atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a fluoroalkyl having 1 to 6 carbon atoms, an allyl group, a phenyl group or a furyl group. R 4 is an m-valent linking group, preferably a group having 1 to 20 carbon atoms, and may contain one or more oxygen atoms and sulfur atoms. Z is preferably an oxygen atom, R 3 is preferably an ethyl group, m is preferably 2, and R 4 is preferably a linear or branched alkylene group having 1 to 16 carbon atoms or a linear or branched poly (alkyleneoxy) group. Further preferred are compounds in which any two or more of the preferred examples for R 3 , R 4 , Z and m are combined.
本発明で用いるオニウム塩光反応開始剤は、活性エネルギー線が接着性組成物に照射されることにより、活性な化学種を生成すると考えられるオニウム塩を言う。オニウム塩光反応開始剤としては、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルフォニウム塩等が、熱的に比較的安定であるために、好ましい。ここで、活性エネルギー線とは、オニウム塩に作用して化学反応を開始しうる化学的活性種(ルイス酸、ブレンステッド酸等のカチオン種)を生成しうるエネルギー線であり、紫外線、電子線、ガンマー線、X線等が含まれるが、紫外線が好ましく用いられる。 The onium salt photoinitiator used in the present invention refers to an onium salt that is considered to generate active chemical species by irradiating an adhesive composition with active energy rays. As the onium salt photoreaction initiator, aromatic iodonium salts, aromatic sulfonium salts and the like are preferable because they are thermally relatively stable. Here, the active energy ray is an energy ray that can generate a chemically active species (cationic species such as Lewis acid, Bronsted acid, etc.) that can act on an onium salt to initiate a chemical reaction, and is capable of producing ultraviolet rays, electron beams, and the like. , Gamma rays, X-rays and the like, but ultraviolet rays are preferably used.
芳香族スルフォニウム塩および芳香族ヨードニウム塩をオニウム塩光反応開始剤として使用する場合、その対アニオンとしては、BF4 −、AsF6 −、SbF6 −、PF6 −、PF6 −、B(C6F5)4 −などが挙げられる。開始剤としては、芳香族スルフォニウムのPF6塩またはSbF6塩が、溶解性と適度の重合活性を有するために好ましく使用できる。また、溶解性を改良するために、芳香族基ヨードニウム塩または芳香族スルフォニウム塩の芳香族基、通常はフェニル基に、1ないし10の炭素を有する、アルキル基またはアルコキシ基を1つ以上導入した化学構造が好ましい。芳香族スルフォニウム塩のPF6塩またはSbF6塩は、ユニオンカーバイド日本(株)等から市販されている。旭電化工業(株)からも、アデカオプトマーSPシリーズの商品名で芳香族スルフォニウムのPF6塩が市販されている。芳香族スルフォニウム塩は約360nmまでに吸収を有し、芳香族ヨードニウム塩は約320nmまでに吸収を有するので、硬化させるには、この領域の分光エネルギーを含む紫外線を照射するのが良い。 When an aromatic sulfonium salt and an aromatic iodonium salt are used as an onium salt photoinitiator, the counter anions include BF 4 − , AsF 6 − , SbF 6 − , PF 6 − , PF 6 − , B (C 6 F 5 ) 4- and the like. As the initiator, PF 6 salt or SbF 6 salt of aromatic sulfonium can be preferably used since it has solubility and moderate polymerization activity. In order to improve the solubility, one or more alkyl groups or alkoxy groups having 1 to 10 carbon atoms are introduced into the aromatic group, usually phenyl group, of the aromatic group iodonium salt or aromatic sulfonium salt. A chemical structure is preferred. PF 6 salt or SbF 6 salt of aromatic sulfonium salt is commercially available from Union Carbide Japan Co., Ltd. Asahi Denka Kogyo Co., Ltd. also sells PF 6 salt of aromatic sulfonium under the trade name of Adekaoptomer SP series. The aromatic sulfonium salt has absorption up to about 360 nm, and the aromatic iodonium salt has absorption up to about 320 nm. Therefore, in order to cure the aromatic sulfonium salt, it is preferable to irradiate ultraviolet rays including spectral energy in this region.
以下に示す化学構造式の中でもスルフォニウム塩PI-3およびPI-4は、光の吸収効率が高いために、好ましく使用される。
本発明で用いるオニウム塩光反応開始剤は、活性エネルギー線の作用により、活性なカチオン種を生成して、脂環式エポキシ化合物およびオキセタニル基を有する化合物をカチオン重合させることにより、本発明の接着性組成物を硬化させると考えられる。 The onium salt photoinitiator used in the present invention generates an active cationic species by the action of an active energy ray, and cationically polymerizes an alicyclic epoxy compound and a compound having an oxetanyl group, whereby the adhesion of the present invention. It is considered to cure the adhesive composition.
本発明で用いる接着性組成物において、脂環式エポキシ化合物およびオキセタン化合物の重量比は、(95ないし65)重量部対(5ないし35)重量部であり、好ましくは、(80ないし70)重量部対(20ないし30)重量部である。単官能オキセタン化合物が少なすぎると接着性組成物の粘度、表面張力等の液物性が良好でなく、逆に単官能オキセタン化合物の添加量が多すぎると、硬化物が柔軟になりすぎ、接着強度が低下する。また、オニウム塩光反応開始剤は触媒量使用すれば良く、その添加量は脂環式エポキシ化合物およびオキセタン化合物の合計100重量部に対して、0.3ないし10重量部であり、0.5ないし5重量部が好ましい範囲である。 In the adhesive composition used in the present invention, the weight ratio of the alicyclic epoxy compound and the oxetane compound is (95 to 65) parts by weight (5 to 35) parts by weight, preferably (80 to 70) parts by weight. Parts by weight (20 to 30) parts by weight. If the monofunctional oxetane compound is too small, the liquid properties such as the viscosity and surface tension of the adhesive composition are not good, and conversely if the monofunctional oxetane compound is added too much, the cured product becomes too flexible and the adhesive strength. Decreases. The onium salt photoinitiator may be used in a catalytic amount, and the addition amount is 0.3 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total of the alicyclic epoxy compound and the oxetane compound. The preferred range is 5 parts by weight.
本発明においては、光学部品と固定部材との間に接着厚さが0.05μm以上5μm以下となるように接着性組成物を挿入する。この接着厚さ以下では、接着強度が不足し、この厚さ以上では、接着剤の硬化収縮の悪影響が生じやすい。0.05μm以上2μm以下の接着厚さが好ましく、0.2μm以上1μm以下の接着厚さが特に好ましい。 In the present invention, the adhesive composition is inserted between the optical component and the fixing member so that the adhesive thickness is 0.05 μm or more and 5 μm or less. Below this adhesive thickness, the adhesive strength is insufficient, and above this thickness, the adhesive shrinkage tends to be adversely affected. An adhesion thickness of 0.05 μm or more and 2 μm or less is preferable, and an adhesion thickness of 0.2 μm or more and 1 μm or less is particularly preferable.
本発明においては、上記接着性組成物に、さらにシランカップリング剤を添加することが好ましい。シランカップリング剤は、光学部品およびその被着体である無機の部材や金属製部材と接着性組成物とを化学的に結合する性質を有していると考えられる。このシランカップリング剤の併用により、接着強度および接着耐久性を改良することができる。本発明に併用するシランカップリング剤としては、1分子中にエポキシ基およびトリメトキシシリル基を有するエポキシシラン類が好ましく用いられる。このようなカップリング剤は、信越化学工業(株)からKBM303、KBM403、KBE402等の商品名で入手できる。シランカップリング剤の好ましい使用範囲は、脂環式エポキシ化合物およびオキセタン化合物の合計100重量部に対して、0.5ないし5重量部とすれば良く、1ないし3重量部が好ましい。 In the present invention, it is preferable to further add a silane coupling agent to the adhesive composition. The silane coupling agent is considered to have a property of chemically bonding an optical component and an adherent inorganic member or metal member to the adhesive composition. By using this silane coupling agent in combination, the adhesive strength and the adhesive durability can be improved. As the silane coupling agent used in combination with the present invention, epoxy silanes having an epoxy group and a trimethoxysilyl group in one molecule are preferably used. Such a coupling agent is available from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. under trade names such as KBM303, KBM403, and KBE402. The preferred use range of the silane coupling agent is 0.5 to 5 parts by weight, preferably 1 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total of the alicyclic epoxy compound and the oxetane compound.
また本発明では、接着性組成物に球状シリカ粒子を含有させることが好ましい。シリカ粒子は、0.1μmないし2μmの直径を有し、粒度分布ができるだけ均一であると良い。平均粒度が0.2μm以上0.8μm以下である粒子が本発明に好ましく使用され、形状が真球状に近く、イオン性の不純物が少ないシリカ粒子が特に好ましく使用される。このシリカ粒子を添加することにより硬化させた接着性組成物の熱耐久性を改良することができる。球状シリカ粒子の添加量は接着性組成物100重量部に対し、1ないし20重量部の範囲で適宜選択できる。合成石英球状シリカは(株)龍森等から市販されている。 In the present invention, it is preferable that spherical particles are contained in the adhesive composition. The silica particles preferably have a diameter of 0.1 μm to 2 μm and have a particle size distribution as uniform as possible. Particles having an average particle size of 0.2 μm or more and 0.8 μm or less are preferably used in the present invention, and silica particles having a nearly spherical shape and few ionic impurities are particularly preferably used. The thermal durability of the cured adhesive composition can be improved by adding the silica particles. The addition amount of the spherical silica particles can be appropriately selected within the range of 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the adhesive composition. Synthetic quartz spherical silica is commercially available from Tatsumori Co., Ltd.
本発明において上記接着性組成物は、レンズ、反射ミラー等の無機透明部材とこれを接着固定する金属(銅、銅合金、アルミニウム等)製ホルダー等の金属製固定部材との接着に好ましく使用される。 In the present invention, the adhesive composition is preferably used for adhesion between an inorganic transparent member such as a lens and a reflection mirror and a metal fixing member such as a metal (copper, copper alloy, aluminum, etc.) holder that adheres and fixes the same. The
本発明者は鋭意検討の結果、接着性組成物の室温(25℃)における粘度を10mPa・s以上、1,000mPa・s以下に調節することが好ましく、粘度を80mPa・s以上、300mPa・s以下に調節することがさらに好ましく、加えて、この接着性組成物と被着体との接触角を40度以下すること、より好ましくは30度以下とすることが良好な接着固定を与えることを見いだした。組成物粘度を調節するするためには、単官能オキセタン化合物の添加が有効である。また、必要に応じて、フッ素系界面活性剤を添加することにより接触角の調節を行うことができる。フッ素系界面活性剤は、疎水基としてフッ化炭素を有する界面活性剤であり、アニオン、カチオンおよびノニオンの3種があるが、本発明にはフッ素化アルキルエステル系のノニオン界面活性剤の使用が好ましい。このノニオン界面活性剤の添加量は、接着性組成物の100重量部に対して0.1ないし1重量部である。このノニオン界面活性剤は住友スリーエム(株)等からフロラード(FC170C、同171、同430、同431等)の商品名で市販されている。 As a result of intensive studies, the inventor preferably adjusts the viscosity at room temperature (25 ° C.) of the adhesive composition to 10 mPa · s or more and 1,000 mPa · s or less, and the viscosity is 80 mPa · s or more and 300 mPa · s. It is further preferable to adjust to the following, and in addition, it is preferable that the contact angle between the adhesive composition and the adherend is 40 degrees or less, more preferably 30 degrees or less to provide good adhesive fixation. I found it. In order to adjust the composition viscosity, the addition of a monofunctional oxetane compound is effective. If necessary, the contact angle can be adjusted by adding a fluorosurfactant. Fluorosurfactants are surfactants having fluorocarbon as a hydrophobic group, and there are three types of anions, cations, and nonions. In the present invention, the use of fluorinated alkyl ester nonionic surfactants is possible. preferable. The addition amount of this nonionic surfactant is 0.1 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the adhesive composition. This nonionic surfactant is commercially available from Sumitomo 3M Co., Ltd. under the trade name of FLORARD (FC170C, 171 430, 431, etc.).
また本発明で用いる接着性組成物には、上記の添加剤の他に、染料、顔料等の不活性成分を適宜添加することができる。また、光硬化性を向上させる目的で、ピレン、ペリレン、アクリジンオレンジ、チオキサントン、2−クロロチオキサントン、ベンゾピラン等の光増感剤を添加しても良い。紫外線により硬化させるために紫外線照射光源として種々の光源を使用することができ、例えば、水銀アークランプ、キセノンアークランプ、炭素アークランプ、タングステン−ハロゲン複写ランプが挙げられる。 In addition to the above additives, inert components such as dyes and pigments can be appropriately added to the adhesive composition used in the present invention. In addition, for the purpose of improving photocurability, a photosensitizer such as pyrene, perylene, acridine orange, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, and benzopyran may be added. Various light sources can be used as the ultraviolet light source for curing with ultraviolet rays, and examples thereof include mercury arc lamps, xenon arc lamps, carbon arc lamps, and tungsten-halogen copying lamps.
本発明の第1のレーザモジュールの製造方法によれば、容器を気密封止する前に、少なくとも容器内および半導体レーザ素子にプラズマを照射するようにしたので、容器内および半導体レーザ素子に付着した炭化水素およびケイ素化合物等からなる汚染物質、さらには容器内雰囲気に存在する汚染物質をプラズマ照射により良好に分解除去することができる。よって、汚染物質が良好に除去された信頼性の高いレーザモジュールを得ることができる。また、プラズマ照射は、既存の半導体製造装置、例えばドライエッチング装置、プラズマ剥離装置によって行うことができるので、新たな装置を用いる必要が無く、簡便な方法により精度高く汚染物質を除去することが可能である。 According to the first laser module manufacturing method of the present invention, plasma is applied to at least the inside of the container and the semiconductor laser element before the container is hermetically sealed. Contaminants such as hydrocarbons and silicon compounds, as well as contaminants present in the atmosphere in the container can be satisfactorily decomposed and removed by plasma irradiation. Therefore, it is possible to obtain a highly reliable laser module from which contaminants are well removed. In addition, since the plasma irradiation can be performed by an existing semiconductor manufacturing apparatus such as a dry etching apparatus or a plasma stripping apparatus, it is not necessary to use a new apparatus and it is possible to remove contaminants with high accuracy by a simple method. It is.
また、本発明の第2のレーザモジュールの製造方法によれば、上記第1のレーザモジュールの製造方法と同様、容器内、半導体レーザ素子、光学部材、光ファイバに付着した汚染物質をプラズマにより良好に除去することができる。光学部材の表面および光ファイバの入力端に汚染物質が堆積しやすいため、本発明を適用することは効果的である。 In addition, according to the second laser module manufacturing method of the present invention, as in the first laser module manufacturing method, the contaminants adhered to the container, the semiconductor laser element, the optical member, and the optical fiber can be improved by plasma. Can be removed. Since contaminants are likely to be deposited on the surface of the optical member and the input end of the optical fiber, it is effective to apply the present invention.
特に発振波長が450nm以下の半導体レーザ素子の場合、これらの短波長レーザ光による汚染物質の堆積速度および堆積量は長波長のレーザ光の場合に比べて大きいため、本発明を適用することは非常に効果的である。 In particular, in the case of a semiconductor laser device having an oscillation wavelength of 450 nm or less, the deposition rate and amount of contaminants by these short wavelength laser beams are larger than those in the case of long wavelength laser beams. It is effective.
また、本発明において、光学部品と固定部材との接着に前述の接着性組成物を使用すると、接着剤の硬化時の硬化収縮率(線収縮率)は2%程度に抑えることができる。そこで、レーザモジュールを構成する半導体レーザ素子、コリメータレンズ、集光レンズ、あるいは光ファイバ等の光学部品を該接着性組成物によって固定部材に固定する場合、接着性組成物の層厚が5μm以下に調整されていれば、この接着性組成物の未硬化部分の硬化収縮が進行しても収縮は5×0.02=0.1μm程度と極めて少なく抑えられる。さらに上述の接着性組成物は、光学部品と固定部材との間が1μm程度に狭くなっても、均一に浸透して、紫外線等により硬化した後も強力かつ柔軟性のある硬化物を生成するために、低温(−25℃)から高温(70℃)にわたる広い温度範囲ではがれの発生の無い接着が実現できる。以上により、上述のような光学部品の相対位置精度が高く保たれるので、本発明によるレーザモジュールの製造方法は、この点からも信頼性の高いレーザモジュールを提供できるものとなる。 In the present invention, when the above-mentioned adhesive composition is used for bonding the optical component and the fixing member, the curing shrinkage rate (linear shrinkage rate) when the adhesive is cured can be suppressed to about 2%. Therefore, when an optical component such as a semiconductor laser element, a collimator lens, a condenser lens, or an optical fiber constituting the laser module is fixed to the fixing member with the adhesive composition, the layer thickness of the adhesive composition is 5 μm or less. If adjusted, even if curing shrinkage of the uncured portion of the adhesive composition proceeds, the shrinkage can be suppressed to an extremely low level of about 5 × 0.02 = 0.1 μm. Further, the above-mentioned adhesive composition penetrates uniformly even when the distance between the optical component and the fixing member is as narrow as about 1 μm, and generates a strong and flexible cured product even after curing with ultraviolet rays or the like. Therefore, adhesion without occurrence of peeling can be realized in a wide temperature range from low temperature (−25 ° C.) to high temperature (70 ° C.). As described above, since the relative positional accuracy of the optical component as described above is kept high, the laser module manufacturing method according to the present invention can provide a highly reliable laser module from this point.
また、本発明のレーザモジュールの製造方法において、前記接着性組成物として、室温における粘度が10mPa・s 以上1,000mPa・s 以下であって、被着体との接触角が40度以下であるものを用いた場合は、先に説明した通り、特に良好な接着固定を実現できる。 In the method for producing a laser module of the present invention, the adhesive composition has a viscosity at room temperature of 10 mPa · s to 1,000 mPa · s, and a contact angle with an adherend of 40 ° or less. When a material is used, as described above, particularly good adhesive fixation can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本発明の第1の実施形態によるキャン型封止レーザモジュールの製造方法について説明する。そのレーザモジュールの概略構成図を図1に示す。プラズマ照射装置の概略断面図を図2に示す。 First, the manufacturing method of the can type sealing laser module by the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of the laser module. A schematic cross-sectional view of the plasma irradiation apparatus is shown in FIG.
図1に示すようにこのレーザモジュールにおいては、ステム1上に、サブマウント5に半導体レーザ素子6が接着されたヒートシンク4と、半導体レーザ素子6からワイヤ9によって接続された電極端子8と、ワイヤ12によって電極端子11に接続されたモニタ用フォトダイオード10とが固設されている。そして、これらの要素が、無反射コーティングが施されたガラス窓3を備えた容器2によって、ドライエア(N2=80%、O2=20%)雰囲気でリングウェルド封止されている。なお、容器2の内容積は、67.5mm3である。
As shown in FIG. 1, in this laser module, on a
なお図1は、容器内の部品構成を解りやすくするため、円筒形の容器2の手前半分については記載していない。
FIG. 1 does not describe the front half of the
本実施の形態によるレーザモジュールは、半導体レーザ素子6の前方出射光であるレーザ光7が無反射コーティングされた窓ガラス3から出射するものであり、半導体レーザ素子6の後方出射光がモニタフォトダイオード10によって発光量が感知されて、レーザ光7の出力が一定となるように電流が自動的に制御される。 In the laser module according to the present embodiment, laser light 7 which is forward emission light of the semiconductor laser element 6 is emitted from the window glass 3 coated with non-reflective coating, and the backward emission light of the semiconductor laser element 6 is emitted from the monitor photodiode. The amount of emitted light is sensed by 10 and the current is automatically controlled so that the output of the laser beam 7 is constant.
次に、本実施の形態によるレーザモジュールの製造方法について説明する。まずステム1上に、サブマウント5に半導体レーザ素子6が接着されたヒートシンク4、およびフォトダイオード10を固設し、半導体レーザ素子6から電極端子8へワイヤ9により接続し、さらにフォトダイオード10から電極端子11へワイヤ12により接続する。
Next, a method for manufacturing the laser module according to this embodiment will be described. First, on the
次に、ステム1上に各部品が設置されたものにプラズマ照射する。図2に示すように、真空槽60内の固定台65に、前記各部品が固設されたステム1をセットし、排気63を行う。大気から初期の真空度が1×10-2Torr以下になるまで排気後、マイクロ波62、および1×10-2〜1×10-1Torrの、アルゴンガス61を導入して10〜1000W程度の電力を印加してプラズマ64を発生させ、約60分以下の時間でプラズマ照射を行う。
Next, plasma irradiation is performed on the components on the
導入するガスとしては、通常アルゴンだけでも十分炭化水素および有機ケイ素化合物等からなる汚染物質を除去することができるが、窒素、酸素、水素、フロン等のガスを適宜アルゴンガスに混合させて用いることが、汚染物質を良好に分解除去する上で、より望ましい。例えば、炭化水素を積極的に除去したい場合は、酸素とアルゴンとの混合ガスが好ましく、有機ケイ素化合物を積極的に除去したい場合は、アルゴンとCF4等のフロンとの混合ガスが好ましい。なお、混合ガスの各ガスの混合比は、レーザモジュールの構成および照射条件等を考慮して適宜調整することが望ましい。 As the gas to be introduced, pollutants composed of hydrocarbons and organosilicon compounds can be sufficiently removed even with argon alone, but a gas such as nitrogen, oxygen, hydrogen, or chlorofluorocarbon should be appropriately mixed with argon gas. However, it is more desirable in order to decompose and remove the contaminants well. For example, when it is desired to positively remove hydrocarbons, a mixed gas of oxygen and argon is preferable. When it is desired to positively remove organic silicon compounds, a mixed gas of argon and chlorofluorocarbon, such as CF 4, is preferable. Note that the mixing ratio of each gas in the mixed gas is preferably adjusted as appropriate in consideration of the configuration of the laser module, irradiation conditions, and the like.
その後、プラズマ照射装置から各部品が設置されたステム1を取り出し、ドライエア(N2=80%、O2=20%)雰囲気中で、無反射コーティングが施された窓ガラスを備えた容器2により、リングウェルド封止する。
Thereafter, the
プラズマ照射においては、照射時間が長過ぎる、あるいは投入電力が大きすぎると、プラズマによる損傷が大きい場合がある。このような場合、光学的部品等が物理的あるいは化学的にエッチングされ、光路上の光学部品の表面荒れが生じ、光学的ロスが発生する。これらのオーバーエッチングの抑制は、部品表面に物理吸着するアルゴン等のエッチングガスの残さを、ある一定量以下になるように、照射時間あるいは投入電力を調整することにより可能である。 In plasma irradiation, if the irradiation time is too long or the input power is too large, the damage by the plasma may be large. In such a case, the optical component or the like is physically or chemically etched, the surface of the optical component on the optical path is roughened, and an optical loss occurs. Such over-etching can be suppressed by adjusting the irradiation time or the input power so that the residue of etching gas such as argon physically adsorbed on the surface of the component becomes a certain amount or less.
本発明のレーザモジュールと従来例のレーザモジュールについて、経時信頼性の評価を行った。図3に従来例のレーザモジュールの経時での駆動電流の変化を示し、図4に本発明のレーザモジュールの経時での駆動電流の変化を示す。なお、グラフの縦軸は駆動電流を初期駆動電流で規格化した値である。 The reliability over time of the laser module of the present invention and the conventional laser module was evaluated. FIG. 3 shows changes in the drive current of the conventional laser module over time, and FIG. 4 shows changes in the drive current of the laser module of the present invention over time. The vertical axis of the graph is a value obtained by normalizing the drive current with the initial drive current.
本発明のレーザモジュールには、上記第1の実施の形態によるレーザモジュールであって、半導体レーザ素子6の発振波長が405nmであるものを用いた。従来例のレーザモジュールの構成は上記実施例と同様であり、プラズマ照射を行わないものである。従来例および本発明のレーザモジュール内の封止雰囲気は、共にドライエア(N2=80%、O2=20%)である。駆動条件は、環境温度25℃で、光出力が30mWとなるように駆動電流を調整して評価を行った。 As the laser module of the present invention, the laser module according to the first embodiment, in which the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 6 is 405 nm, was used. The configuration of the laser module of the conventional example is the same as that of the above embodiment, and plasma irradiation is not performed. Both the conventional example and the sealing atmosphere in the laser module of the present invention are dry air (N 2 = 80%, O 2 = 20%). The drive conditions were evaluated by adjusting the drive current so that the optical output was 30 mW at an environmental temperature of 25 ° C.
従来例のレーザモジュールでは、図3に示すように、経時で駆動電流の変化が見られるが、本発明のレーザモジュールでは、図4に示すように、駆動電流の増加は見られず経時で安定している。このことから、プラズマ照射により、炭化水素およびケイ素化合物等の汚染物質が良好に除去されていることが確認できる。 In the laser module of the conventional example, as shown in FIG. 3, a change in driving current is seen over time, but in the laser module of the present invention, as shown in FIG. 4, no increase in driving current is seen and stable over time. doing. From this, it can be confirmed that contaminants such as hydrocarbons and silicon compounds are well removed by plasma irradiation.
次に、銅等の金属からなる固定部材であるサブマウント5に対する半導体レーザ素子6の接着について説明する。半導体レーザ素子6の接着面をサブマウント5の接着面に密着させて、その隙間に以下に詳述する接着性組成物を挿入した後、紫外線照射により硬化させた。脂環式エポキシ化合物としてユニオンカーバイド日本(株)製UVR6128(ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)アジペート)を使用し、単官能オキセタン化合物として東亜合成(株)のアロンオキセタンOXT−212(EHOX)を使用し、また光反応開始剤としてユニオンカーバイド日本(株)製のUVI−6990(トリアリ−ルスルフォニウムのPF5塩)を使用し、これらの成分の重量比を下記の表1に示すように設定して、接着性組成物実施例1〜3および比較例1を調製した。
接着性組成物を紫外線照射により硬化させた後、接着均一性を光学顕微鏡により目視観察したところ、オキセタン化合物EHOXを併用した実施例1〜3の接着剤が、併用しない比較例1の接着剤よりも優れた接着面の均一性を示した。 After the adhesive composition was cured by UV irradiation, the adhesion uniformity was visually observed with an optical microscope. The adhesives of Examples 1 to 3 combined with the oxetane compound EHOX were compared with the adhesive of Comparative Example 1 that was not used in combination. Also showed excellent uniformity of the adhesive surface.
次に、本発明の第2の実施の形態によるレーザモジュールについて説明する。そのレーザモジュールの概略側面図および平面図を図5に示す。 Next, a laser module according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows a schematic side view and a plan view of the laser module.
本実施の形態によるレーザモジュールにおいては、図5(a)に示すように、容器40の底面にベース板42が固定されており、このベース板42上に、7個のGaN系半導体レーザ素子LD21〜LD27が接着されたヒートブロック20と、該ヒートブロック20に取付けられたコリメータレンズホルダ44に保持されたコリメータレンズ31〜37と、集光レンズホルダ45に保持された集光レンズ43と、ファイバホルダ46に保持されたマルチモード光ファイバ30とが固設されている。容器40の壁面には開口が形成され、この開口を通してGaN系半導体レーザ素子LD21〜LD27に駆動電流を供給する配線47が容器外に引き出されている。なお容器40の内容積は、約8160mm3である。
In the laser module according to the present embodiment, as shown in FIG. 5A, a
また、図5(b)に示すように、コリメータレンズ31〜37の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を、平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂または光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ31〜37は、長さ方向がGaN系半導体レーザ素子LD21〜LD27の発光点の配列方向と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
Further, as shown in FIG. 5B, each of the
なお図5においては、図の複雑化を避けるために、複数のGaN系半導体レーザ素子のうち、半導体レーザ素子LD21およびLD27にのみ符号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ31および37にのみ符号を付している。
In FIG. 5, in order to avoid complication of the drawing, only the semiconductor laser elements LD21 and LD27 are denoted by reference numerals among the plurality of GaN-based semiconductor laser elements, and the
一方、GaN系半導体レーザ素子LD21〜LD27としては、発光幅が2μmの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば10°、30°の状態で各々のレーザビームB21〜B27を発するレーザが用いられている。これらの半導体レーザ素子LD21〜LD27は活性層と平行な方向に発光点が一列に並ぶように配設されている。 On the other hand, each of the GaN-based semiconductor laser elements LD21 to LD27 includes an active layer having an emission width of 2 μm, and each laser has a divergence angle of 10 ° or 30 ° in a direction parallel to or perpendicular to the active layer, respectively. A laser that emits beams B21 to B27 is used. These semiconductor laser elements LD21 to LD27 are arranged so that the light emitting points are aligned in a direction parallel to the active layer.
従って、各発光点から発せられたレーザビームB21〜B27は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ31〜37に対して広がり角が大きい方向が長さ方向と一致し、広がり角が小さい方向が幅方向(長さ方向と直交する方向)と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ31〜37の幅が1.1mm、長さが4.6mmであり、それらに入射するレーザビームB21〜B27の各々は、焦点距離f1=3mm、NA=0.6、レンズ配置ピッチ=1.25mmである。
Therefore, in the laser beams B21 to B27 emitted from the respective light emitting points, the direction in which the divergence angle is large matches the length direction with respect to the
集光レンズ43は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で長く切り取って、コリメータレンズ31〜37の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ43は、焦点距離f2=12.5mm、NA=0.3である。この集光レンズ43も、例えば、樹脂または光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
The condensing
マルチモード光ファイバ30は、ステップインデックス型光ファイバ、グレーデッドインデックス型光ファイバ、および複合型光ファイバのいずれでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のグレーデッドインデックス型光ファイバを用いることができる。この光ファイバは、コア中心部がグレーデッドインデックスで外周部がステップインデックスであり、コア径=25μm、NA=0.3、端面コートの透過率=99.5%以上である。
The multimode
本実施の形態によるレーザモジュールにおいて、合波レーザ光源を構成するGaN系半導体レーザ素子LD21〜27の各々から発散光状態で出射したレーザビームB21、B22、B23、B24、B25、B26およびB27の各々は、対応するコリメータレンズ31〜37によって平行光化される。平行光化されたレーザビームB21〜B27は、集光レンズによって集光され、マルチモード光ファイバ30の入射端面に収束する。
In the laser module according to the present embodiment, each of the laser beams B21, B22, B23, B24, B25, B26 and B27 emitted in a divergent light state from each of the GaN-based semiconductor laser elements LD21 to LD27 constituting the combined laser light source Are collimated by the corresponding collimator lenses 31-37. The collimated laser beams B21 to B27 are collected by a condenser lens and converge on the incident end face of the multimode
本実施の形態では、コリメータレンズ31〜37および集光レンズによって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ30に入射して光ファイバ内を伝搬し、1本のレーザビームに合波されてマルチモード光ファイバから出射する。
In this embodiment, a condensing optical system is configured by the
上記レーザモジュールでは、レーザビームB21〜B27のマルチモード光ファイバへの結合効率が、0.9となる。従ってGaN系半導体レーザ素子LD21〜LD27の各出力が100mWの場合には、出力630mW(=100mW×0.9×7)の合波レーザビームを得ることができる。 In the laser module, the coupling efficiency of the laser beams B21 to B27 to the multimode optical fiber is 0.9. Therefore, when the outputs of the GaN-based semiconductor laser elements LD21 to LD27 are 100 mW, a combined laser beam with an output of 630 mW (= 100 mW × 0.9 × 7) can be obtained.
次に、本実施の形態によるレーザモジュールの製造方法について説明する。まず図5に示すように、容器40の底面にベース板42を固定し、このベース板42上に、7個のGaN系半導体レーザ素子LD21〜LD27が接着されたヒートブロック20と、該ヒートブロック20に取付けられたコリメータレンズホルダ44に保持されたコリメータレンズ31〜37と、集光レンズホルダ45に保持された集光レンズ43と、ファイバホルダ46に保持されたマルチモード光ファイバ30とを固設する。次に、第1の実施の形態と同様に、図2に示すプラズマ照射装置において、真空槽60内の固定台65に、前記各部品が固設された容器40をセットし、排気63を行う。大気から初期の真空度が1×10-2Torr以下になるまで排気後、マイクロ波62、および1×10-2〜1×10-1Torrの、アルゴンガス61を導入して10〜1000W程度の電力を印加してプラズマ64を発生させ、約60分以下の時間でプラズマ照射を行う。
Next, a method for manufacturing the laser module according to this embodiment will be described. First, as shown in FIG. 5, a
また、図5に示すレーザモジュールにおいて、接着剤からのアウトガス成分(有機ガス等)を除去するため、特願2002-101714号明細書に記載の脱気処理を90℃で192時間行った後、本発明によるプラズマ処理を行った場合も、上記と同様に、高い経時信頼性を得ることができた。 Further, in the laser module shown in FIG. 5, in order to remove an outgas component (organic gas or the like) from the adhesive, after performing a deaeration process described in Japanese Patent Application No. 2002-101714 at 90 ° C. for 192 hours, Even when the plasma treatment according to the present invention was performed, high reliability over time could be obtained as described above.
次に、銅等の金属からなる固定部材であるコリメータレンズホルダ44に対するコリメータレンズ31〜37の接着について説明する。コリメータレンズ31〜37の接着面(図5(b)中の下端面)をコリメータレンズホルダ44の接着面に密着させて、その隙間に以下に詳述する接着性組成物を挿入した後、紫外線照射により硬化させた。脂環式エポキシ化合物としてユニオンカーバイド日本(株)製UVR6128を使用し、さらに2官能グリシジル化合物として油化シェルエポキシ(株)製のビスフェノールF型系のエピコート806を併用し、単官能オキセタン化合物として東亜合成(株)のアロンオキセタンOXT−212(EHOX)を必要に応じて併用し、また光反応開始剤としてユニオンカーバイド日本(株)製のUVI−6990(トリアリ−ルスルフォニウムのPF5塩)を使用し、シランカップリング剤として信越化学工業(株)製のKBM303、および(株)龍森の合成石英球状シリカ1−FX(平均粒径0.38μm)を必要に応じて併用し、これらの成分の重量比を下記の表2に示すように設定して、接着性組成物実施例4〜10を調製した。
接着性組成物を紫外線照射により硬化させ、−25℃〜70℃の保存試験を行った後に、接着面のハガレ発生率を測定したところ、表2中に示す結果が得られた。単官能オキセタン化合物EHOXを増量した接着性組成物を用いた実施例5および6が実施例4よりも低いハガレ発生率を示し、さらにシランカップリング剤を併用した接着剤を使用した実施例7および8はさらにハガレ発生率が低くなり、特に実施例8においてはハガレの発生が認められなかった。また、実施例9は、ビスフェノールF型のジグリシジル化合物を脂環式エポキシ化合物に任意的に併用した実施態様であり、さらに実施例10は、合成石英球状シリカを任意的に添加した実施態様であるが、いずれも、強制保存試験によってもコリメータレンズホルダ44と接着層の間のハガレを生じていない。
After the adhesive composition was cured by ultraviolet irradiation and subjected to a storage test at −25 ° C. to 70 ° C., the peel occurrence rate of the adhesive surface was measured, and the results shown in Table 2 were obtained. Examples 5 and 6 using an adhesive composition with an increased amount of the monofunctional oxetane compound EHOX show lower peeling rates than Example 4, and further Examples 7 and 6 using an adhesive combined with a silane coupling agent No. 8 was further reduced in the occurrence rate of peeling, and no peeling was observed particularly in Example 8. Example 9 is an embodiment in which a bisphenol F-type diglycidyl compound is optionally used in combination with an alicyclic epoxy compound, and Example 10 is an embodiment in which synthetic quartz spherical silica is optionally added. However, in any case, no peeling occurred between the
また、上記接着性組成物に紫外線を照射して硬化させた後に、コリメータレンズホルダ44とコリメータレンズ31〜37との間の各接着剤の層厚を測定したところ、約0.3〜0.6μmであった。そしてこの接着剤は、体積硬化収縮が4〜5%であり、−25℃〜70℃の保存試験を行なった後の各接着剤層の厚さ変化は、0.03μm以下に抑えられた。したがって、光軸調整されたGaN系半導体レーザ素子LD21〜LD27とコリメータレンズ31〜37との相対位置関係が、上記接着のために狂うようなことがなく、良好な合波効果が得られる。
Further, after the adhesive composition was cured by irradiating ultraviolet rays, the layer thickness of each adhesive between the
なお、上述のような接着方法は、容器40内のその他の光学部品と固定部材との接着、例えば集光レンズ43と集光レンズホルダ45との接着、マルチモード光ファイバ30とファイバホルダ46との接着等にも適用可能であり、そのようにした場合も、基本的に上述と同様の効果を奏するものである。
Note that the bonding method as described above includes bonding between the other optical components in the
さらに上述のような接着方法は、第1および第2の実施の形態として示したレーザモジュールに限らず、一般に光源、レンズ、ミラー、ハーフミラー、凹面鏡、凸面鏡、回折格子、等の光学部品を有するレーザモジュールにおいて、それらの光学部品とそれらの固定部材との接着固定に広く適用することができ、そのようにした場合も、基本的に上述と同様の効果を奏するものである。 Furthermore, the bonding method as described above is not limited to the laser modules shown as the first and second embodiments, but generally includes optical components such as a light source, a lens, a mirror, a half mirror, a concave mirror, a convex mirror, and a diffraction grating. In the laser module, the present invention can be widely applied to bonding and fixing these optical components and their fixing members, and even in such a case, the same effects as described above are basically obtained.
また、上記第1および第2の実施形態では、半導体レーザ素子およびその他の部品を設置した後に、プラズマ照射を行っているが、設置する前の部品の状態で、これらを固定台に設置しプラズマ照射を行ってもよい。また、部品の状態でプラズマ照射を行い、さらに容器内に設置した後もプラズマ照射を行ってもよい。 In the first and second embodiments, the plasma irradiation is performed after the semiconductor laser element and other parts are installed. However, in the state of the parts before the installation, these are installed on the fixed base and the plasma is applied. Irradiation may be performed. In addition, plasma irradiation may be performed in the state of a part, and plasma irradiation may be performed after being installed in a container.
なお、本発明のレーザモジュールの製造方法において、プラズマ照射後に、プラズマ雰囲気に含まれるアルゴン、酸素あるいはフロン系ガスが容器内に残さとなり存在し得るが、これらいずれも汚染の原因とはなり得ず、レーザ特性を劣化させるものではない。 In the laser module manufacturing method of the present invention, after plasma irradiation, argon, oxygen, or chlorofluorocarbon gas contained in the plasma atmosphere may remain in the container, but none of these can cause contamination. It does not degrade the laser characteristics.
本発明によれば、半導体レーザ素子が封止されている容器内に存在する炭化水素系化合物およびケイ素化合物等の汚染物質を良好に除去することができるので、信頼性の高いレーザモジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to satisfactorily remove contaminants such as hydrocarbon compounds and silicon compounds present in a container in which a semiconductor laser element is sealed, so that a highly reliable laser module is provided. be able to.
1 ステム
2 蓋
3 窓ガラス
4 ヒートシンク
5 サブマウント
6 半導体レーザ素子
7 レーザ光
8、11 電極端子
9、12 ワイヤ
10 モニタフォトダイオード
30 マルチモード光ファイバ
31〜37 コリメータレンズ
40 容器
43 集光レンズ
44 コリメータレンズホルダ
45 集光レンズホルダ
LD21〜LD27 GaN系半導体レーザ素子
1 Stem 2 Lid 3 Window Glass 4 Heat Sink 5 Submount 6 Semiconductor Laser Element 7 Laser Light 8, 11 Electrode Terminal 9, 12 Wire
10 Monitor photodiode
30 Multimode optical fiber
31-37 Collimator lens
40 containers
43 condenser lens
44 Collimator lens holder
45 Condenser lens holder
LD21 to LD27 GaN-based semiconductor laser device
Claims (9)
前記容器内の少なくとも一つの光学部品とそれを固定する固定部材との間に、エポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物、オキセタニル基を有する化合物、および、触媒量のオニウム塩光反応開始剤を含有する接着性組成物を挿入した後、活性エネルギー線により硬化させることにより前記光学部品を前記固定部材に固定するとともに、
前記容器を気密封止する前に、少なくとも前記容器内および半導体レーザ素子にプラズマを照射することを特徴とするレーザモジュールの製造方法。 A method for manufacturing a laser module, wherein a semiconductor laser element is installed in a container and hermetically sealed,
An alicyclic epoxy compound having an epoxy group, a compound having an oxetanyl group, and a catalytic amount of an onium salt photoinitiator are contained between at least one optical component in the container and a fixing member for fixing the optical component. After inserting the adhesive composition to be fixed, the optical component is fixed to the fixing member by curing with an active energy ray,
A method of manufacturing a laser module, comprising: irradiating at least the inside of the container and the semiconductor laser element with plasma before hermetically sealing the container.
前記容器内の少なくとも一つの光学部品とそれを固定する固定部材との間に、エポキシ基を有する脂環式エポキシ化合物、オキセタニル基を有する化合物、および、触媒量のオニウム塩光反応開始剤を含有する接着性組成物を挿入した後、活性エネルギー線により硬化させることにより前記光学部品を前記固定部材に固定するとともに、
前記容器を気密封止する前に、少なくとも前記容器内、半導体レーザ素子、光ファイバおよび光学部材にプラズマを照射することを特徴とするレーザモジュールの製造方法。 A method of manufacturing a laser module in which a semiconductor laser element, an optical fiber, and an optical member for inputting laser light emitted from the semiconductor laser element into an optical fiber are installed in a container and hermetically sealed. And
An alicyclic epoxy compound having an epoxy group, a compound having an oxetanyl group, and a catalytic amount of an onium salt photoinitiator are contained between at least one optical component in the container and a fixing member for fixing the optical component. After inserting the adhesive composition to be fixed, the optical component is fixed to the fixing member by curing with an active energy ray,
A method for manufacturing a laser module, comprising: irradiating at least the inside of the container, a semiconductor laser element, an optical fiber, and an optical member with plasma before the container is hermetically sealed.
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JP2012059452A (en) * | 2010-09-07 | 2012-03-22 | Sharp Corp | Light emitting device, lighting system, and headlamp for vehicle |
WO2014156544A1 (en) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | Onboard ignition device combining semiconductor laser light source and solid-state laser device |
-
2003
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